逆变焊机资料

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逆变焊机资料一、原理总述25米勒304焊机原理图及其分析工作原理：米勒焊机304焊机的工作模式是：调频工作串联谐振式PFM。主电路如图一所示：主电路由四只IGBT组成，设有过零电流检测电路，保证谐振回路中的电流与驱动信号相同步，其控制功能有以下特点：（1）具有CC、CV两种模式（2）CV模式中具有电子电抗器功能，其电子电抗器具有较好的控制熔深，能广泛用于集装箱行业的焊接。（3）本文还分析了304焊机以前的老型号的焊机情况26——所有资料来自亚州集装箱厂的米勒焊机解剖米勒304焊机控制电路原理图1、控制输入信号:电流给定或电压给定控制输出信号:四路驱动信号2、电子电抗器或推力电流给定3、电压反馈4、电流反馈5、变压器原边电流反馈6、控制框图：见图127图1：控制原理框图28第二部分2.1电流及电压给定电路给定电路由RC1-22提供给定，经同相跟随器后，变为5路输出。（1）、推力作用的嵌位电路，由Q25完成；（2）、电压给定电路，由A2C完成；（3）、电流给定电路，由A6B完成；（4）4A；、A（5）6C；、A图2：电流及电压给定电路292.2电压给定电压给定变换电路，其中一路送给A7B进行显示RC1由R114及AC2组成，—19，另一路送给给定综合点R78及R20，进行电子电抗器及调节器综合。图3：电压给定电路经A2C电压给定变为最小值A2C的电压输出范围为2V~7V显示器为1~3.5V15/750*100=2V2.3电流给定由R152及A6B组成，合成引弧、推力等功能。2.4焊接电压反馈30焊接电压反馈由差动放大器组成，A7C经变换的A7A输送给。（1）有无引弧判定电路U9A；（2）R154（3）A3C（4）A5B（5）R66（6）R45显示电路；电子电抗器；平均值电压；2.4.1差动放大电路分析图4：差动放大电路V(+)与V(-)经过差动放大器变为V(+)－V(-)/20，经A7A组成二级滤波，使输出V0为V(+)/10。加二级滤波的目的：R161、C73、R139、C66电压反馈由差动放大器及同相放大器后，输出信号为V0/10，分别送给显示31电路、电子电抗器、短路判定、推力电流电路等。 2.4.2显示及图5：显示电路2.5电子电抗器32电子电抗器是CO2气保焊控制系统的核心电路，其中原理是：图6：电子电抗器控制框图电子电抗器由电压均值积分器、电压瞬时响应PI调节器组成，通过调节PI调节器的PI参数来调节瞬间电流上升率和下降率，PI参数的连续调节是由振荡电路产生PWM调制来完成的。电路组成如下图所示：33图7：电子电抗器342.5.1均值积分电路均值积分电路由A2D构成，当没有输出电流时Q18导通将C30短路放电，焊接电路输出为15～36V（是曲线说明书提供）。Vg为2～7V则得到V0的范围为：10～35V，基本上是在调节范围之内。图8：均值积分电路动特性设计：当处于空载时Q18导通，则输出信号为零，当有焊接电流后Q18截止，而短路过程中V0的变量约为20V左右，且持续时间约为3－５ms，取5ms则计算：A2D输出变化量为即：动特性计算可得一个短路周期中均值积分器的输出变化量是0.3V2.5.2瞬间积分器35图9：瞬间积分器瞬间积分器，由Q17导通与截止的占空比，可调节PI参数，改变输出的响应速度，Q17的驱动电路由其它的电路产生，U9C、U9D。当没有电流时，Q21、Q19均处于导通转太，A2B输出将是最高值。电子电抗器的输入端有：（1）电压反馈V0/10；（2）电流反馈I0/100（3）电压给定2～7VVg36（4）有无电流判定的固定给定（5）平均值积分器输出给定：VgI设忽略R41、R65的电子电抗器输出的贡献，则有：由于UA2B是电流环的给定，故将上式整理：即：注：当电流为零时VgI为0V，否则为15V，说明在空载时引入高电压脉冲以有利引弧，且使电子电抗器有处始输入能量：则37得到对应的方框原理图：设图10：米勒焊机等效模型即：米勒焊机模拟的是具有内阻的CO2焊接电源，但又具有平均值反馈，来补偿由于内阻造成的输出电压的降低。图11：焊机等效控制模型其中平均值调节器来调节输入电源电压来补偿内阻压降，而瞬时调节器来38调节来调节输出电感量，来调节每个过度周期的电流上升，下降速度。2.5.3 电子电抗器的调节是通过Q17的导通与关断来调节输出的响应速度，将A2B进行处理得：图12：电子电抗器调节电路当Q17导通时，2B的反馈网络是C24、42、25、26将退出积分器的作用，ARCC反馈网络将有C24、C25、R42承担，积分时间常数变小，输出响应加快，故Q17断开，则C26进入积分作用输出响应减慢。由电子电抗器电位器产生Q17的占空比PWM发生器由U9D与U9C产生，一直流可调电平，与U9D产生的三角波信号相比较U9C产生PWM信号，来驱动Q17工作。39图13：电子电抗器PWM控制图估算：当U9D为输出为0时，比较点为当U9D为输出高电平时比较点为：9V即C38上的三角波约为5V到9V之间；一个脉冲的周期约为T=τ=20K*100p=20*103*100*10-6us=2us即引入R72将电位进行平移，当电子电抗器给定电位器调至零时，U9C“－”端电40位，R87、R72、R73组合网络使U9C“－”电位为5V，当电子电抗器电位器调至最高时为9V，完成占空比为0～100％，图中R87、R72、R73可能。2.5.4电压环输出电平平移电路TP1-1来自由于电子电抗器的PI调节器的输出，Q20为可控电流源，化为A点电位为：TP1-1设为VT设为R95=R71，则41完成了VT的反相，VA的最大值为0～15V加入D34以抵消加入了二极管压降则给电流环的给定为－ＶＴ为了增加L特性而附加了一路给定，由R82、D35、R105组成，根据说明书中的给出的外特性L特性为50A左右，则可计算第三部分3.1电流环、手弧焊、氩弧焊部分电流环的给定电流环的A3D、A3A组成，完成平特性电子电抗器的内环及降特性的PI调节器环，给定由直接降特性电流给定，由R103通过电子开关U11A、DG211完成，42也可来自于平特性电源的电子电抗器的输出，由R104通过U11D、DG211完成。3.2推力产生电路43当电弧电压V（+）为15V时，A6A输出为1.5V；当电弧电压低于15V时，A6A输出在1.5V上增加；当电弧电压小于15V时，开关K闭合，则输出为1.5V；当开关K断开时，则输出电压为0低于1.5V；推力电流的大小还受到推力给定的限制；为保护焊机推力电流即短路电流还受给定的限制电流，给定大于某值后，推力电流逐渐减少，以至没有推力电流443.3引弧电路引弧电路必设有电流有无判定，当焊条与工件相接触时，产生一引弧电流，引弧电流大于与给定成反比，具有一定定时时间。电流信号经放大器A4C，送给A4D，A4D接成比较器形式；当焊条与工件短路时A4D输出为0电平，R131、由当电流I0为零时A4D为0，C59、R112 组成微分定时电路，送给U12B，另由U12B输出引弧电流。45由于Q25的作用，使引弧电流同电流给定成比例约为3.4平特性时的引弧1、无电流时（1）将均值PI调节器的积分电路短路，Q18导通（2）电子电抗器电流反馈对地切除（相对于内阻变为零）Q21导通（3）电子电抗器调至上升率最高Q19导通2、引弧时当有电流时A7D输出为1，经延时R101、进行有无电流判定，A7D完成，由、、C37延时时，送给U12F，完成无电流时（1）（2）（3）条的条件反相。延时时间为：当无电流时，将立刻由C37、D37、R117将C37电荷放掉。3、引弧开始阶段电子电抗器的作用引弧时由A4、R131、C59、U12B形成引弧电流及定时时间，使U9C与U9D形成引弧电流及定时时间，U9C与U9D产生的PWM相比较而产生电子电抗使器，使引弧时电子电抗器发生改变。46见另一文章袁红军11全桥硬开关PWM控制的焊机实例，松下XT-315焊机分析松下TX-300型焊机具有手工焊，脉冲氩弧焊，氩弧焊点焊功能，性能较稳定，广泛用于自行车行业，休闲家具制造，压力容器等行业中。特点是氩弧焊功能很丰富，具有气体延时，电流缓升缓降，峰值电流，基准电流，峰值电流时间，基准电流时间，点焊时间均可设定，氩弧焊开关的操作方式有，有弧有无，反复及点焊功能。主电路采用典型的全桥PWM硬开关工作方式。主要参数：输入三相380V，输出电流300A。一、主电路主电路图如图所示图中V1是输入三相整流桥，R1是软启动电阻，当上电时，电网通过电阻R1给电解电容充电，当充电完毕后，合上继电器K将电阻R1短路，G1、G2、G3、G4四个IGBT组成全桥逆变器，C是隔直电容防止偏磁，B1是主变压器，D1、D2是输出整流管，完成输出整流作用，L是滤波电感，B2是升压变压器用于高频引弧用。1.1逆变器工作原理逆变器的等效电路如图所示图逆变器等效电路图中变压器及负载在半个工作周期内可等效为虚线框内电路，G1、G4与G2、G3互补导通，G1与G2，G3与G4之间导通时有关断死区，约2~5us内，工作周期分为第一个半周期和第二个半周期，第一个半周期内，当G1，G4导通时，D1截至，电源电压加到输出电感和负载上，当G1、G4、G2、G3截至时，输出电感上电流通过二极管D进行续流，将变压器短路。在后半个周期内，G2、G3导通，虚线框内电路A、B点反相，工作情况同前半个周期。实测松下焊机的IGBT两端波形，变压器原边电流波形，隔直电容两端电压波形，输出二极管电压波形，G1、G2、G3、G4的驱动波形47图波形1.2IGBT管定额估算逆变焊机是电弧类负载其经常工作在短路状态，IGBT的电流定额计算同一般电源相比有一定特殊性：对于300A焊机，输出电弧电压满足U=20+0.04I,即为32V，空载时电压一般要大于40V，这样才有利于电弧的引弧及稳定焊接。（1）首先确定变压器匝比，考虑输出整流二极管压降约为1V，副边铜损约为1V，则变压器副边平均电压为34V，考虑到逆变器的占空比取0.8，则变压器副边电压为34/0.8=42.5V，变压器原边直流母线电压为520V左右，则变压器匝比为12∶1，考虑到电网波动±10%，则变压器匝比选为10∶1。（2）电流定额计算焊机短路工作时，手弧焊时短路电流为焊接电流与推力电流之和，松下焊机的推力电流最大值约为100A，则副边瞬间最大电流值为400A，折算至变压器器原边，IGBT中流过电流为40A，故选用IGBT电流定额为50A。（3）电压定额电网整流的直流母线焊机空载时电压约为600V左右，选用IGBT电压定额为1200V。2隔直电容选择为了防止变压器偏磁，在变压器原边回路中串接隔直电容，隔直电容上的最大电压波动率一般小于 10~20%的电源电压，本焊机实际选择为20uf，隔直电容一般选择CPB聚丙烯电容，隔直电容的耐压值选为电源电压。一般选大于500VAC，耐流量要大于焊机最大电流工作时的变压器原边的电流量。3.主变压器主变压器采用铁氧体铁芯，原边采用铜线，副边采用铅线进行绕制。由于高频电流的集扶效应，线圈所用导线截面选择都较大。4.IGBT的电压尖峰的吸收IGBT的电压尖峰采用二极管、电阻电容吸收回路，如图所示图2电压尖峰吸收电路图中所示电路，由二极管、电容、电阻组成，电阻接在直流母线的一端，主要用以吸收IGBT两端的开关电压尖峰，对IGBT的开关过程的规迹没有什么影响，也不影响开关损耗的变化。工作原理如下：假设Q2处于关断态，Q1开通态，C1、C2上电压约为电源电压E，线路等效电感为L，Q2中的电感为D，针对Q1由导通态变为关断时的等效电路如图所示图Q1关断时刻等效电路当Q1关断前L中流过电流为负载电流I0，Q1中流过的电流转移到支路C1、D1中，由于C1中的初始电压约为电源电压E0，故电感L中电流衰减很快，Q1两端电压被钳位在电容C1电压上，L中电流衰减为0后，C上电压高于电源电压，高出的部分将通过R1将C上电荷放至直流母线上。二极管D导通将负载电流续流。电容容量C1的选择，保持Q1关断时C1二端电压变化不大，二极管D1选择快速二极管，其电流定额保证峰值电流耐受量，要保持满足最大负载电流的要求，电阻R1的选择，保持C1上电压的最高值小于IGBT的额定电压值。5.驱动电路驱动电路采用EXB841进行驱动，应用其典型电路，驱动电路波形见图，由于EXB841从输入信号加入到驱动信号的输出有延时0.5us，且对过流有几个us左右的不影响。如果主变压器采用环形铁芯绕制或变压器原边电漏抗很小，则变压器偏磁时原边电流会在0.5~1us内急剧上升，会损坏IGBT，而EXB84148无法进行保护，虽然IGBT的窄脉冲电流的电流耐受量较高，但许多情况下是不允许重复的，当多次出现后会造成超过额定动态额定结温，而使IGBT损坏。松下焊机采用的是C型铁氧体铁芯，其绕制方式决定其原边有一定漏感量，当原边饱和时，激励电流不会上升很快，因而可以较容易保住IGBT管。8.PWM产生器采用SG3525芯片9.高频抗干扰措施9.1电压反馈、电流反馈的取样电流反馈采用直测式霍尔传感器，可有效防止高频干扰，电压反馈为了节省成本没有采用电压传感器，而采用将电压信号进行取样反馈后，由单独电路进行处理成开关量后，再由光耦隔离后将信号送出。9.2主电路输入输出端处理三相380V输入侧加三角形接法的输入电容及三角形接法的输入压敏电阻以吸收相？干扰及电压尖峰，同时对外至“地”加压敏电阻以抗电网的“雷击”干扰。焊机的输出端有干扰吸收电容，输出端分别对地各一个。以阻断焊机输出端与外界的高频通路。9.3焊枪开关线的处理氩弧焊焊枪开关在高频引弧时会将干扰引入焊机内部，击穿印制板的元器件，松下焊机采用电容与抗共模干扰电感对高频干扰进行抑制，原理图如图所示图松下TX-300焊枪开关抗干扰处理其他措施的保证前面板的电位器等器件与前面板之间加有绝缘垫片，以提高介电强度，防止高频击穿。前面板的信号线，进入印制板时，先加入瞬间抑变二极管TVS，来对高频干扰信号进行限位。IGBT的驱动线为双绞线，电流反馈的LME传感器到印制板的线选屏蔽线。10.此焊机设计其他电抗器线圈，变压器副边线圈，采用铅线绕制较铜线节省成本。此焊机设计不足之处1.防尘设计印制板与风道之前没有加隔离密闭，冷却风扇，带入的灰尘可落在印制板上，易造成短路。2.主电路为硬开关工作方式，效率较低。3.印制板较复杂。4.机壳的空间过于窄小拥挤。林肯V300多功能焊机林肯多功能焊机具有手弧焊硬弧，软弧，氩弧焊，CO2气体保护焊等功能，体积较小，工作频率为60KHZ，主电路采用双单端正激电路，焊机输出回路有输出电压上升电路，以利于提升小电流时的电弧电压，满足纤维素焊条使用。一、主电路工作原理主电路图如图所示 主电路由两个双单端电路组成，两个双单端电路串联，开关管的开关应力降低一倍。输入滤波电容将两个双单端电路基本钳位在高电源电压上，主变压器采用一个，输出组成全波整流电路，整流电路上加附加绕组提高小电流时电弧电压。主电路分为两个部分：1.输入整流滤波部分同一般的焊接电源整流侧相同，有三相整流桥V1，软启动电路K1，由C1、C2组成滤波电路及双单端逆变器的分压电源，R1、G1、R2、G2组成C1、C2的电压平衡电路，当C1、C2上电压之差超过某值时，约50V，则闭合相应的功率场效应管G1或G2来对C1、C2之间电压差进行平衡，当C1、C2电压差超过9.449某值后，则关断逆变器，且报警。2.逆变器及逆变器的同步由于共用一个逆变变压器，两组逆变器需相导通相位互差180°。且由一个PWM信号源来501